entraînement équipe de France

Bonjour,

Référence: RMS de Janvier 2007.
Voici un exercice de géométrie qui a été proposé à l'entraînement de l'équipe de France, par le Domenech de la sélection nationale, dans le cadre des Olympiades de mathématiques.

Ce ne sont pas les termes exacts mais l'énoncé est fidèle.

Soit un triangle $ABC$, $O$ le centre du cercle circonscrit , et $H$ l'orthocentre de ce triangle.
Dans ce triangle, on a l'égalité : $AO=AH$.
Que peut-on dire de l'angle $ \widehat{BAC}$

La réponse ne figure pas.
J'ai traité le cas $H=O$...

Amicalement.

[Ajout d'une figure. AD]
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Réponses

  • Là, je n'ai pas le temps, mais promis, avant tt à l'heure, je mettrai une figure animée "geogebra" pour essayer de "voir" ce qui se passe (à défaut de l'imginer: lol nous on est trop vieux, on est comme Rocky Balboa**, on ne fait plus les olympiades)

    ** Je recommande ce film comme film sur la vieillesse, il est pertinent!!
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Une méthode pas très subtile, mais qui marche : on se place dans un repère où $B$ a pour coordonnées $(0,0)$, $C$ a pour coordonnées $(1,0)$ et $A$ a pour coordonnées $(x,y)$. Ensuite, on calcule les coordonnées de $O$, de $H$ et on regarde quand est-ce que $AO=AH$. Au final, après moults calculs (merci maple), on trouve que $AO=AH$ équivaut à $\widehat{BAC}=\frac{\pi}{3}$ ou $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$.

    Maintenant que l'on a la réponse, il n'y a plus qu'à la trouver par une méthode plus élégante...
  • Bonjour,
    AD: merci pour le dessin.
    Guego: merci pour le résultat.

    pour suivre ton idée, on sait que :
    $$OA=R=\frac{abc}{4S}$$
    On sait aussi que la longueur de la hauteur issue de A est:
    $$h_a=\frac{2S}{a}$$
    avec
    $$S=\sqrt{p(p-a)(p-b)(p-c)}$$
    ou
    $$S=\frac{bc.sin(A)}{2}$$

    mais, c'est $HA$ qu'il faut exprimer en fonction de $a,b,c,sin(A)$ et là, je tourne en rond !
  • Bonjour bs et les autres .

    Je n'ai pas tout regardé mais à première vue , si on note $I$ et $J$ les points d'intersections des deux cercles du dessin de AD , les triangles $OAI$ et $OAJ$ sont équilatéraux donc l'angle $\widehat{IAJ}=\frac{2\pi}{3}$ et comme $AIH$ et $AHJ$ sont isocèles on doit avoir $\widehat{BAC}=\frac{\pi}{3}$ .

    Domi

    PS : Pour être tout à fait complet , il faudrait expliquer pourquoi $I$ et $J$ appartiennent aux hauteurs $(BH)$ et $(CH)$ .
  • Comme promis, voici un lien vers une figure animée geogebra qui permet de "voir" des triangles et de les modifier:

    D'une manière générale, je mets souvent en vert les points que vous pouvez bouger avec la souris

    Ca aura été l'occasion d'une bonne galère!! J'y ai passé au moins 30mn et j'ai pas réussi à faire un triangle {\it qui marche} obligatoirement, ce qui en soi soulève un problème tout à fait différent et général: peut-on, dès qu'on voit un énoncé de collège dans le genre de celui de ce fil faire une figure geogebra animée qui "glisse" suivant tous les degrés de liberté autorisés par les hypothèses??? Là, grace au théorème de l'angle inscrit (mais il faut le connaitre pour ça, c'est donc malhonnête), on voit que dès qu'on a réussi à faire coincider les 2 "orthocentres" candidats (donc, dès qu'on a réussi à faire un triangle qui satisfait les hypothèses) on peut bouger le point A sans sortir de l'ensemble autorisé, mais j'ai été obligé de laisser l'utilisateur se "débrouiller" pour faire coincider ses "orthocentres candidats"

    \lien{http://www.logique.jussieu.fr/\~{}chalons/equiptriangle.php}
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Pas mal du tout, Domi. Il faudrait juste voir aussi ce qu'il se passe si $ \widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$ .
  • bonjour,
    en notant I l'intersection de BH et du cercle bleu, on a ICA=IBA(arc capable)=HCA(côtés deux à deux perpendiculaires). Donc AI=AH et I appartient aussi au cercle rouge. Etc.
  • Bonsoir

    Si on se rappelle que le symétrique de l'orthocentre par rapport aux cotés est sur le cercle circonscrit, on a $AI = AH$et donc les angles bleu foncé $\widehat {IAC}$ et bleu clair $\widehat{CAH}$ sont égaux. Pareillement $\widehat{HAB}=\widehat{BAJ}$.
    Ainsi $\widehat{CAB}=\frac 1 2 \widehat{IAJ}$
    Maintenant l'hypothèse $AH=AO$ indique que les cercles rouge et bleu sont de rayon égal, donc $J,O, I$ sont 3 sommets consécutifs d'un hexagone régulier, et $\widehat{IAJ}=\frac{2\pi}{3}$ .
    Finalement $\widehat{CAB}=\frac{\pi}{3}$

    Alain
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  • Bonsoir,

    Les quelques dessins que j'ai effectués,au compas et à la règle, avec un angle $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$ montrent que O et H sont extérieurs au triangle , et ont l'air de vérifier les dires de Guego: $AH=AO$.

    Jolie la solution pour $\frac{\pi}{3}$.
  • Bonjour,

    ---> Guego écrivait: on trouve que $AO=AH$ équivaut à $\widehat{BAC}=\frac{\pi}{3}$ ou $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$.

    ---> Par contre si $\widehat{BAC}=\frac{\pi}{3}$ , on n'a pas nécessairement :$AO=AH$. Examinons quelques triangles particuliers:
    >si $ABC$ équilatéral, $O=H$,OK
    >si $ABC$ rectangle en $B$, alors, $H=B$, $O=m[AC]$, et là aussi:$AO=AH$
    >si $ABC$ isocèle, non équilatéral, alors $A,H,O$ sont alignés, mais $AO$=/=$AH$.
  • Bravo Domi, les triangles équilatéraux m'ont échappé ! J'ai du souci à me faire.
  • Bonjour,

    J'essaie de démontrer la deuxième solution obtenue par Guego avec Maple: $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$, sans succès.
    En conservant les notations de la dernière figure d'Alain, avec $A$ toujours "dans le bas"; "en trichant",on prend $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$, et $AC<AB$ et on dessine tout: les cercles, $O$ et $H$, les points $I$ et $J$. On constate que $AO=AH$, avec $O$ et $H$ à l'extérieur du triangle, chacun de part et d'autre de la droite $(BC)$

    Maintenant :à partir de cette figure , reste à montrer que $\widehat{BAC}=\frac{2\pi}{3}$. Nous n'avons plus la même disposition.

    Autre question: Comment nos jeunes sélectionnés, qui ne possèdent pas Maple, peuvent-ils trouver ces deux solutions ?

    Proposition: Guego, Domi, et AD dans l'équipe de France .

    Merci et bonne journée
  • bs, si l'on appelle $H'$ et $H''$ les symétriques de l'orthocentre $H$ par rapport aux droites $(BA)$ et $(BC)$ respectivement, ce sont également les points d'intersection des deux cercles, on a :$$2\,\big(BA),(BC)\big) \equiv (\overrightarrow{BX},\overrightarrow{BY}) \mod{2\pi}$$Comme l'angle de vecteurs a pour mesure $\dfrac{2\pi}3$ pour une orientation convenable du plan, on en déduit: $$\big(BA),(BC)\big) = \dfrac \pi 3 \mod{\pi}$$ et cet angle de droite peut admettre une mesure de $\dfrac{4\pi}3$ soit $-\dfrac{2\pi}3$ (sauf erreur ou incompréhension).
  • D'accord Bruno, ainsi les deux cas apparaissent clairement.
    Je pense que tu peux rejoindre les autres sélectionnés.

    Par rapport à l'énoncé initial,il me semble que tu as interverti les rôles de A et de B.

    Merci.
  • Possible pour l'inversion, mais pour rejoindre les sélectionnés, je décline : ne pas avoir vu les deux triangle équilatéraux ::o
  • Message à AD: si tu pouvais me conseiller sur comment tu as fait pour construire un {\it triangle qui marche} (autrement qu'à la main), je pourrais reproduire tes consignes sur geogebra et proposer une figure animée qui puisse aller dans tous les degrés de liberté sans sortir des {\it triangles qui marchent}
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Bonsoir Christophe

    Malheureusement je n'ai pas de méthode pour construire la figure.
    J'ai tout simplement utilisé Déclic pour construire le triangle, son orthocentre, le cercle circonsrit et le cercle rouge de centre A et de rayon AH. Puis j'ai fait bouger le point A jusqu'à ce que le cercle rouge passe par O.

    Alain
  • Merci AD,

    Grace à tes consignes, j'ai pu faire la figure (je n'aurais pas pu la faire si je n'avais pas "su" grace aux posts qu'à l'arrivée l'angle DOIT valoir 60 degrés. Le théorème du cercle inscrit donne la suite...

    Superbe travail collectif...

    http://www.logique.jussieu.fr/~chalons/olympe.php
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Personnellement , je suis parti de 2 cercles $(C_1)$ et $(C_2)$ de même rayon ,de centre $A$ et $O$ , sécants en $I$ et $J$ . J'ai alors placé un point $H$ sur $(C_1)$ et les points $B$ et $C$ s'obtiennent par intersection de $(IH)$ et $(JH)$ avec $(C_2)$ . Je n'ai pas eu l'occasion de revenir sur le sujet depuis ma dernière intervention ( je n'avais même pas vu que l'angle $\widehat{BAC}$ pouvait être égal à $\frac{2\pi}{3}$ :-( )

    Ne pas prendre ma "construction" pour plus que ce qu'elle vaut .

    Domi
  • Bonjour,

    Suis frustré car je ne parviens jamais à découvrir les Géogébra de Christophe.
    Question: faut-il avoir téléchargé Geogebra pour y parvenir ?
    -->si oui, est-ce facilement réalisable depuis Google ?
    -->si non, où zapper pour avoir accès aux figures.

    Maintenant, il est vrai que je ne suis pas un Nakariakov de l'informatique.

    Sinon,Christophe, j'ai pu avoir accès à ton site sur les présidentielles sans problème, mais dans le contexte du forum, je préfère tes figures Geogebra.
    Reconaissons que, comme souvent, ce fut encore un joli travail d'équipe.

    Merci.
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